典型的機器視覺系統(tǒng)由五個主要模塊組成：照明、鏡頭、相機、圖像采集和視覺處理器。讓我們看一下這五個結(jié)構(gòu)的目的、特征和工作原理。

機器視覺系統(tǒng)：照明

照明是影響機器視覺系統(tǒng)輸入數(shù)據(jù)質(zhì)量和應(yīng)用效果的重要因素。照明系統(tǒng)最大限度地展現(xiàn)被測物體的特性，并減少背景中對比物體的影響，使高速相機能夠清晰地“看到”被測物體。

高對比度圖像可以降低系統(tǒng)難度，提高系統(tǒng)穩(wěn)定性；另一方面，低對比度圖像會增加處理時間和復(fù)雜性。機器視覺應(yīng)用的成功很大程度上取決于照明設(shè)置。合適的照明系統(tǒng)可以讓整個視覺檢測系統(tǒng)更加高效、準(zhǔn)確。由于沒有通用的機器視覺照明設(shè)備，因此應(yīng)針對每種應(yīng)用選擇特定的照明設(shè)備以達到最佳效果。

光源可以是可見的或不可見的。常用的可見光源有白熾燈、熒光燈、汞燈、鈉燈等。可見光的缺點是光能不能保持穩(wěn)定。實際過程中迫切需要解決一定程度的穩(wěn)光問題。另一方面，環(huán)境光可能會影響圖像質(zhì)量，因此可以采用添加防護屏的方法來減少環(huán)境光的影響。機器視覺系統(tǒng)照明的要點：使用強光檢測缺失材料、使用合適的波長進行精確定位、使用非散射光檢測玻璃裂紋、使用漫射光檢查透明包裝、使用顏色創(chuàng)建對比度等。

機器視覺系統(tǒng)：鏡頭

相機鏡頭由多個鏡頭、可變（亮度）光圈和對焦環(huán)組成。操作人員通過觀察攝像機顯示屏來調(diào)整可變光圈和焦距，以保證圖像的亮度和清晰度。選擇鏡頭時需要考慮多種因素，如焦距、目標(biāo)高度、像高、變焦比、像到目標(biāo)的距離等。在實際應(yīng)用中，選擇與視場相匹配的鏡頭，重點關(guān)注大景深圖像是選擇鏡頭時的兩個重要方面。

機器視覺系統(tǒng)：相機

機器視覺系統(tǒng)使用相機將通過鏡頭投射到傳感器上的圖像傳輸?shù)娇梢源鎯Α⒎治龊?或顯示這些圖像的機器設(shè)備。

根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)，相機可以分為不同的類型。根據(jù)芯片類型，可分為CCD相機和CMOS相機。根據(jù)傳感器結(jié)構(gòu)，可分為線掃描相機和面掃描相機。根據(jù)掃描方式可分為隔行掃描攝像機和逐行掃描攝像機。根據(jù)分辨率大小，可分為普通分辨率攝像機和高分辨率攝像機。根據(jù)輸出信號方式，可分為模擬相機和數(shù)碼相機。根據(jù)輸出顏色，可分為單色（黑白）相機和彩色相機。根據(jù)輸出信號速度，可分為普通速度攝像機和高速攝像機。根據(jù)響應(yīng)頻率范圍可分為可見光（普通）攝像機、紅外攝像機、紫外攝像機等。

CCD和CMOS是兩種廣泛使用的圖像處理技術(shù)，它們的主要區(qū)別在于傳輸方式不同。主要性能差異包括噪聲、功耗、分辨率、靈敏度、成本和許多其他因素。

機器視覺系統(tǒng)：圖像采集

對于工業(yè)和科學(xué)應(yīng)用，圖像采集卡的目標(biāo)是從初始視頻信號中獲得準(zhǔn)確的數(shù)字圖像。機器視覺系統(tǒng)中的圖像采集卡主要由視頻輸入、A/D轉(zhuǎn)換、定時與采集控制、圖像處理、總線接口與控制、輸出與控制等幾個模塊組成。

圖像采集卡只是完整機器視覺系統(tǒng)的一個組成部分，但卻起著至關(guān)重要的作用。圖像采集卡直接決定了攝像機的接口，如黑白、彩色、模擬、數(shù)字等。機器視覺檢測系統(tǒng)中不同類型的工業(yè)相機需要不同的圖像采集卡選擇。選擇時應(yīng)仔細考慮卡的穩(wěn)定性、價格、功能及其對產(chǎn)品成本的影響等因素。

機器視覺系統(tǒng)：視覺處理器

視覺處理器將圖像采集卡和處理器合二為一。過去，當(dāng)計算機速度較慢時，視覺處理器被用來加速視覺處理任務(wù)。